CN105236699B - 一种利用单线态氧破解污泥的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用单线态氧破解污泥的方法，它涉及污泥的破解方法。本发明的方法：将催化剂丙酮酸和氧化剂过氧化物(过一硫酸盐、过碳酸盐)加入到待破解污泥中，搅拌，反应，将破解后污泥的上清液打回至曝气池，剩余污泥再进行脱水等处理，即完成。本发明中丙酮酸催化过氧化物产生双环氧中间体，双环氧中间体进一步与过氧化物反应产生单线态氧和丙酮酸，生成的丙酮酸继续催化过氧化物，在反应中起循环催化的作用，产生的高活性单线态氧，能够破坏污泥絮体结构，释放结合水，改善污泥脱水性能，破坏微生物细胞结构。本发明的特点：污泥处理效果好，不产生有毒有害副产物，可为污水处理提供所需碳源，催化剂丙酮酸和氧化剂过氧化物绿色、安全、无毒副作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种污泥破解的方法，具体涉及一种利用单线态氧破解污泥的方法。
背景技术
污泥是生物法处理污水过程中的副产物，由大量微生物种群及附着在上面的无机物及有机物所形成的菌胶团构成，其中包含难降解的有机物、重金属和盐类，另有较少的病原微生物和寄生虫卵等也包含其中，成分非常复杂。同时，污泥含水率高、体积大，需要进行脱水处理。未经处理的污泥随意堆放和排放会占用大量土地，且导致附近生态的严重破坏，还会浪费污泥中的可利用资源。因此，如何经济有效的处理处置污泥已成为各方广泛关注的问题。
单线态氧(1O2)是一种处于激发态的分子氧，与超氧自由基(O2 -·)、羟基自由基(·OH)、硫酸根自由基(SO4 ·-)等活性氧物种类似，化学性质活泼、不稳定，在自然界中广泛存在，是化学、环境、医学等领域最长涉及的活性氧之一，具有氧化能力强、反应活性高、存活时间短、氧化后不产生有毒有害副产物等特点，属于绿色、环境友好型氧化剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用单线态氧破解污泥的方法。通过单线态氧氧化对污泥进行预处理，改变污泥的物理、化学及生物特性，使污泥絮体和细胞结构破裂，固体物质含量降低，脱水和沉降性能提高，同时溶解性蛋白质、多糖等含量增加，N、P等营养物质不断释放。
本发明的一种利用单线态氧破解污泥的方法是通过以下步骤实现的：一、将催化剂与氧化剂按摩尔比为1:(1～10)的比例加入到待破解的污泥中，控制过氧化物在污泥中的浓度为1000～10000mg/L，反应时间为30～120min，在处理过程中保持搅拌状态；
二、将破解后污泥进行污泥浓缩处理，然后将上清液打回至曝气池；
三、将上一步经浓缩处理后的剩余污泥再进行污泥脱水或厌氧消化处理，即完成所述的利用单线态氧破解污泥；其中所述的催化剂为丙酮酸，所述的氧化剂为过氧化物。
本发明的反应流程见图1所示。
本发明的一种利用单线态氧破解污泥的方法的原理如下：首先，丙酮酸催化过氧化物(过一硫酸盐、过碳酸盐)产生双环氧中间体；然后，双环氧中间体进一步与过氧化物反应产生单线态氧(1O2)和丙酮酸，同时双环氧中间体也会发生自分解产生单线态氧(1O2)和丙酮酸，生成的丙酮酸继续催化过氧化物，在反应中起循环催化的作用；生成的单线态氧具有很强的氧化能力，可以使污泥絮体结构被破坏，释放出结合水，改善污泥脱水性能，破坏微生物细胞结构，使细胞内的难降解固体有机物等被释放，转化为易降解的可溶性物质，同时为活性污泥法处理污水提供所需的碳源。具体反应机理见图2。
本发明的一种利用单线态氧破解污泥的方法，具有如下优点：
(1)环境友好型氧化剂单线态氧(1O2)反应活性高，可以使污泥絮体结构被破坏，释放出结合水，改善污泥脱水性能，破坏微生物细胞结构，使细胞内的难降解固体有机物等被释放，转化为易降解的可溶性物质，同时为活性污泥法处理污水提供所需的碳源，处理后不产生有毒有害副产物。
(2)丙酮酸作为生物体基本代谢的中间产物之一，是葡萄糖糖酵解的最终产物，被广泛用于食品加工等过程，因此，丙酮酸作为催化剂，安全可靠，无毒副作用。
(3)丙酮酸能够与污泥中大量存在的钙镁离子(Ca2+、Mg2+)形成络合物丙酮酸盐(丙酮酸钙、丙酮酸镁)，由于丙酮酸络合钙镁离子后增强了羧酸官能团的吸电子能力，因此丙酮酸盐催化过氧化物(过一硫酸盐、过碳酸盐)的能力比丙酮酸更强。
(4)绿色氧化剂过氧化物(过一硫酸盐、过碳酸盐)作为粉末状固体，化学性质稳定，运输储存方便，价格适中，商业易得，操作简单易行，反应后不产生有毒有害副产物。
(5)pH适用范围宽，反应中不需要调节pH，受污泥特性影响小。
附图说明
图1为本发明的反应流程图；
图2为本发明的反应机理图；。
图3为实施例中利用单线态氧破解污泥的溶解性化学需氧量(SCOD)溶出曲线图；
图4为实施例中利用单线态氧破解污泥的挥发性悬浮固体(VSS)溶出曲线图；
图5为实施例中利用单线态氧破解污泥的毛细吸水时间(CST)变化曲线图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本发明的一种利用单线态氧破解污泥的方法是通过以下步骤实现的：
一、将催化剂与氧化剂按摩尔比为1:(1～10)的比例加入到待破解的污泥中，控制过氧化物在污泥中的浓度为1000～10000mg/L，反应时间为30～120min，在处理过程中保持搅拌状态；
二、将破解后污泥进行污泥浓缩处理，然后将上清液打回至曝气池；
三、将上一步经浓缩处理后的剩余污泥再进行污泥脱水或厌氧消化处理，即完成所述的利用单线态氧破解污泥；其中所述的催化剂为丙酮酸，所述的氧化剂为过氧化物。
本实施方式的一种利用单线态氧破解污泥的方法的原理如下：首先，丙酮酸催化过氧化物(过一硫酸盐、过碳酸盐)产生双环氧中间体；然后，双环氧中间体进一步与过氧化物反应产生单线态氧(1O2)和丙酮酸，同时双环氧中间体也会发生自分解产生单线态氧(1O2)和丙酮酸，生成的丙酮酸继续催化过氧化物，在反应中起循环催化的作用；生成的单线态氧具有很强的氧化能力，可以使污泥絮体结构被破坏，释放出结合水，改善污泥脱水性能，破坏微生物细胞结构，使细胞内的难降解固体有机物等被释放，转化为易降解的可溶性物质，同时为活性污泥法处理污水提供所需的碳源。
本实施方式的一种利用单线态氧破解污泥的方法的优点：(1)环境友好型氧化剂单线态氧(1O2)反应活性高，可以使污泥絮体结构被破坏，释放出结合水，改善污泥脱水性能，破坏微生物细胞结构，使细胞内的难降解固体有机物等被释放，转化为易降解的可溶性物质，同时为活性污泥法处理污水提供所需的碳源，处理后不产生有毒有害副产物。(2)丙酮酸作为生物体基本代谢的中间产物之一，是葡萄糖糖酵解的最终产物，被广泛用于食品加工等过程，因此，丙酮酸作为催化剂，安全可靠，无毒副作用。(3)丙酮酸能够与污泥中大量存在的钙镁离子(Ca2+、Mg2+)形成络合物丙酮酸盐(丙酮酸钙、丙酮酸镁)，由于丙酮酸络合钙镁离子后增强了羧酸官能团的吸电子能力，因此丙酮酸盐催化过氧化物(过一硫酸盐、过碳酸盐)的能力比丙酮酸更强。(4)绿色氧化剂过氧化物(过一硫酸盐、过碳酸盐)作为粉末状固体，化学性质稳定，运输储存方便，价格适中，商业易得，操作简单易行，反应后不产生有毒有害副产物。(5)pH适用范围宽，反应中不需要调节pH，受污泥特性影响小。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述过氧化物为过一硫酸盐、过碳酸盐中一种或几种按任意比混合的混合物。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：过一硫酸盐为过一硫酸钠(NaHSO5)、过一硫酸钾(KHSO5)、过一硫酸铵(NH4HSO5)、过一硫酸钙(Ca(HSO5)2)、过一硫酸镁(Mg(HSO5)2)中的一种或几种按任意比混合的混合物。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：过碳酸盐为过碳酸钠(Na2CO4)、过碳酸钾(K2CO4)中的一种或两种按任意比混合的混合物。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂摩尔比为1:(1～9)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂摩尔比为1:(1～8)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂摩尔比为1:(1～7)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂摩尔比为1:(1～6)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂摩尔比为1:(1～5)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂摩尔比为1:(1～4)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂摩尔比为1:(1～3)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂摩尔比为1:2。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在污泥中的浓度为2000～10000mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在污泥中的浓度为3000～10000mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在污泥中的浓度为4000～10000mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在污泥中的浓度为5000～10000mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在污泥中的浓度为6000～10000mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在污泥中的浓度为7000～10000mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在污泥中的浓度为8000～10000mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在污泥中的浓度为9000～10000mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是：反应时间为30～100min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：反应时间为30～80min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：反应时间为30～60min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：反应时间为30～50min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：反应时间为30～40min。其它与具体实施方式一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1
本实施例的一种利用单线态氧破解污泥的方法是通过以下步骤实现的：将催化剂丙酮酸和氧化剂过一硫酸钾按照摩尔比为1:5的比例加入到待破解污泥中，其中，污泥的溶解性化学需氧量(SCOD)为100mg/L，挥发性悬浮固体(VSS)为15000mg/L，控制过一硫酸钾在污泥中的浓度为2000mg/L，水力反应停留时间为120min，污泥在破解过程中保持搅拌状态，即完成利用单线态氧破解污泥。
本实施例的污泥破解效果见图3、4、5。其中，图3为溶解性化学需氧量(SCOD)的溶出曲线；图4为挥发性悬浮固体(VSS)的溶出曲线；图5为毛细吸水时间(CST)变化曲线。
从图3中可以看出，对污泥进行预处理60min时，SCOD的溶出浓度可以达到4000mg/L，随着处理时间的延长，SCOD的溶出浓度基本趋于稳定。由此可见，污泥中的微生物细胞结构在单线态性破坏后，溶出了大量有机物，这些物质进一步水解成水溶性的蛋白质、多糖和有机酸等，导致SCOD浓度大幅度增加。从图4中可以看出，VSS的溶出变化规律与SCOD的溶出规律一致。从图5中可以看出，随着反应的进行，CST值逐渐下降，在反应60min时趋于平稳。由此可见，单线态氧通过破坏污泥的胞外聚合物，使其中的间隙水得到释放，改善污泥的脱水性能。
实施例2
本实施例的一种利用单线态氧破解污泥的方法是通过以下步骤实现的：将催化剂丙酮酸和氧化剂过一硫酸钾按照摩尔比为1:4的比例加入到待破解污泥中，其中，污泥的溶解性化学需氧量(SCOD)为100mg/L，挥发性悬浮固体(VSS)为15000mg/L，控制过一硫酸钾在污泥中的浓度为3000mg/L，水力反应停留时间为120min，污泥在破解过程中保持搅拌状态，即完成利用单线态氧破解污泥。
实施例3
本实施例的一种利用单线态氧破解污泥的方法是通过以下步骤实现的：将催化剂丙酮酸和氧化剂过一硫酸钾按照摩尔比为1:6的比例加入到待破解污泥中，其中，污泥的溶解性化学需氧量(SCOD)为100mg/L，挥发性悬浮固体(VSS)为15000mg/L，控制过一硫酸钾在污泥中的浓度为2000mg/L，水力反应停留时间为120min，污泥在破解过程中保持搅拌状态，即完成利用单线态氧破解污泥。
实施例4
本实施例的一种利用单线态氧破解污泥的方法是通过以下步骤实现的：将催化剂丙酮酸和氧化剂过一硫酸钾按照摩尔比为1:5的比例加入到待破解污泥中，其中，污泥的溶解性化学需氧量(SCOD)为100mg/L，挥发性悬浮固体(VSS)为15000mg/L，控制过一硫酸钾在污泥中的浓度为4000mg/L，水力反应停留时间为120min，污泥在破解过程中保持搅拌状态，即完成利用单线态氧破解污泥。
实施例5
本实施例的一种利用单线态氧破解污泥的方法是通过以下步骤实现的：将催化剂丙酮酸和氧化剂过一硫酸钾按照摩尔比为1:7的比例加入到待破解污泥中，其中，污泥的溶解性化学需氧量(SCOD)为100mg/L，挥发性悬浮固体(VSS)为15000mg/L，控制过一硫酸钾在污泥中的浓度为5000mg/L，水力反应停留时间为120min，污泥在破解过程中保持搅拌状态，即完成利用单线态氧破解污泥。
Claims (8)
1.一种利用单线态氧破解污泥的方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：
一、将催化剂与氧化剂按摩尔比为1:(1～10)的比例加入到待破解的污泥中，控制过氧化物在污泥中的浓度为1000～10000mg/L，反应时间为30～120min，在处理过程中保持搅拌状态；
二、将破解后污泥进行污泥浓缩处理，然后将上清液打回至曝气池；
三、将上一步经浓缩处理后的剩余污泥再进行污泥脱水或厌氧消化处理，即完成所述的利用单线态氧破解污泥；其中所述的催化剂为丙酮酸，所述的氧化剂为过氧化物；
所述过氧化物为过一硫酸盐、过碳酸盐中一种或几种按任意比混合的混合物；
过一硫酸盐为过一硫酸钠、过一硫酸钾、过一硫酸铵、过一硫酸钙、过一硫酸镁中的一种或几种按任意比混合的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种利用单线态氧破解污泥的方法，其特征在于过碳酸盐为过碳酸钠、过碳酸钾中的一种或两种按任意比混合的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种利用单线态氧破解污泥的方法，其特征在于催化剂与氧化剂摩尔比为1:(1～8)。
4.根据权利要求3所述的一种利用单线态氧破解污泥的方法，其特征在于催化剂与氧化剂摩尔比为1:(1～6)。
5.根据权利要求4所述的一种利用单线态氧破解污泥的方法，其特征在于催化剂与氧化剂摩尔比为1:(1～4)。
6.根据权利要求1所述的一种利用单线态氧破解污泥的方法，其特征在于控制过氧化物在污泥中的浓度为2000～10000mg/L。
7.根据权利要求6所述的一种利用单线态氧破解污泥的方法，其特征在于控制过氧化物在污泥中的浓度为4000～10000mg/L。
8.根据权利要求1所述的一种利用单线态氧破解污泥的方法，其特征在于反应时间为30～100min。
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